Impulskettenzündung mit passiv gütegeschalteten Laserzündkerzen unter motorischen Bedingungen

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Dieter Brüggemann
• Fachliche Zuordnung: Strömungs- und Kolbenmaschinen ; Technische Thermodynamik
• Förderung: Förderung von 2014 bis 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 250474052

Bei der Weiterentwicklung von Verbrennungsmotoren kommen nebenden Konzepten der Abmagerung und des Downsizing auch neueBrennverfahren zum Einsatz. Die Direkteinspritzung des Kraftstoffesist bei Benzinmotoren inzwischen Stand der Technik. Hierdurch kannder Motor ohne größere zyklische Schwankungen stark abgemagertund seine Leistungsdichte erhöht werden. Durch dieDirekteinspritzung treten allerdings höhere Rußpartikel-Emissionenauf, wodurch die Kosten und die Komplexität derAbgasnachbehandlungskomponenten steigen. Erdgas stellt imHinblick auf die Direkteinbringung des Kraftstoffes in den Brennraumeine vielversprechende Alternative dar. Seine hohe Klopffestigkeitermöglicht hohe Verdichtungsverhältnisse. Des Weiteren zeigenStudien, dass durch den Einsatz von Erdgas die Emissionen gesenktwerden können. Durch das niedrige C/H-Verhältnis im Vergleich zuBenzin sind zudem CO2-Einsparungen von bis zu 25 % möglich. Imbisherigen Projekt wurde geklärt, wie sich eine Impulsketten-Laserzündung auf den Zündverlauf auswirkt. Bei diesenUntersuchungen wurde der Energieübertrag vom Laser in dasPlasma, die Flammenkernbildung sowie die Flammenausbreitungbetrachtet. Darauf aufbauend wurde der Einfluss von erhöhtenStrömungsgeschwindigkeiten und erhöhten Dichten auf denZündverlauf nach Impulskettenzündung untersucht. Die Experimentewurden mit vorgemischten und homogenen Methan/Luft-Gemischendurchgeführt. Die Untersuchungen haben unter anderem gezeigt,dass bei der Zündung eines strömenden Methan/Luft-Gemisches ineiner Brennkammer mit Hilfe einer Laserzündkerze statt einerkonventionellen Funkenzündkerze die Zündgrenze zu magererenGemischen und größeren Strömungsgeschwindigkeiten erweitertwerden kann. Des Weiteren führt die Laser-Impulskettenzündung beieinem mageren Gemisch zu einer effektiveren Verbrennung imVergleich zur Einzelimpuls-Laserzündung und zur Funkenzündung.Im Fortsetzungsvorhaben sollen die Untersuchungen von derZündung vorgemischter Methan/Luft-Gemische erstmals auf diepassiv gütegeschaltete Laserzündung von direkteingeblasenemMethan im Schichtladebetrieb erweitert werden. Die Direkteinblasungwährend der Kompression ermöglicht eine deutlich höhereAbmagerung ohne einen starken Anstieg der zyklischenSchwankungen. Die Impulskettenzündung mit passivgütegeschalteten Laserzündkerzen stellt in diesem Zusammenhangein großes Potential dar. Das Absetzen von Impulsketten neben demGas-Freistrahl ermöglicht eine Vergrößerung des anfänglichenFlammenkerns und kann so eine sichere Entflammung begünstigen.Die Laserzündung ermöglicht zudem, dass ein optimaler Zündortauch fernab der Brennraumwand gewählt werden kann.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen